CN103952703A - 一种金属处理液和复合体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属处理液和复合体材料及其制备方法，金属处理液的配方为在每1000份水中加入质量份数为8-90份的铁盐、10-150份的无机盐、15-120份的氯化钾或氯化钠、50-350份的有机酸剂。复合体材料的制备方法是将不锈钢放入前述的金属处理液中进行表面处理，形成多个孔洞后再进行注射塑料；复合体材料是通过前述制备方法将不锈钢和塑料一体化形成的材料。本发明所公开的金属处理液不仅使不锈钢表面形成多个孔洞，而且改善了不锈钢和塑料的表面张力，从而有效地增强塑料与不锈钢的结合强度；本发明所公开的复合体材料的制备方法操作简便、能耗低，且不需要昂贵的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属处理液，以及一种使用该金属处理液处理的不锈钢与塑料形成的复合体材料及其制备方法。
背景技术
不锈钢与塑料形成复合体材料用于制备电子产品结构件之前，需要对其表面进行处理，使得不锈钢可以与塑料实现有效的结合，以便实现不锈钢与塑料的一体化结合。
已有通过含有盐酸、硝酸、三氯化铁以及己内酰胺成分的不锈钢蚀刻液及蚀刻方法。但是由于不锈钢很容易被硝酸所钝化，并形成一层致密的保护膜，防止蚀刻的进一步发生，这不利于不锈钢表面形成孔洞，故该工艺不适用于制备不锈钢塑料复合体材料时对不锈钢进行的表面处理。
另外已有通过电化学阳极氧化的方法使得金属表面形成若干纳米孔并制备复合体。然而，对于不锈钢材质而言，电化学阳极氧化液会使不锈钢表面形成致密的氧化膜，不利于纳米孔的形成，使得所制备的复合体材料的结合强度十分有限，而且生产成本高，能耗较大。
而现有的关于不锈钢表面处理的方法，如物理化学法、机械加工法等；这些方法处理得到的不锈钢表面一般都存在各种缺陷，而且不少的方法工艺复杂、成本高、操作难度大。
而且，不少的文献、专利资料以及有关的技术人员都容易忽略的一个重要的技术问题，就是不锈钢在进行注塑成型时，由于不锈钢与塑料存在表面张力系数差异的原因，塑料不易与不锈钢结合，同时影响塑料进入不锈钢孔洞内填充增强结合的预期效果，导致所得到的复合体材料的结合强度不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种金属处理液和一种复合体材料及其制备方法，有效增大不锈钢与塑料之间的接触面积，并能改善不锈钢与塑料表面张力差异问题，实现不锈钢与塑料的有效结合，而且工艺简单、操作简易。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
本发明公开了一种金属处理液，用于处理与塑料一体化形成复合体材料的不锈钢，配方为每1000份水中配有质量份数为：8-90份的铁盐、10-150份的无机酸、15-120份的氯化钾或氯化钠、50-350份的有机酸剂。
进一步地，所述铁盐是指可溶性的铁盐中的一种或几种。
更进一步地，所述无机酸是指浓盐酸、浓硫酸、氢溴酸、浓磷酸中的一种或几种。
更进一步地，所述有机酸剂是指顺丁烯二酸、柠檬酸、酒石酸、对硝基苯磺酸、对苯二甲酸、乙二胺四乙酸、1,3-丙二酸、醋酸、苹果酸、三氟乙酸、对硝基苯甲酸、三硝基苯甲酸、水溶性氨基酸、以及前述有机酸的有机衍生物其中的一种或几种。
本发明还公开了一种复合体材料的制备方法，用于将不锈钢和塑料一体化形成所述复合体材料，包括：将所述不锈钢放入前述的金属处理液中进行表面处理，所述不锈钢的表面形成多个孔洞，再对所述不锈钢进行注射塑料，形成所述复合体材料。
进一步地，所述不锈钢进行表面处理的温度为50-85℃，时间为5-35min。
更进一步地，所述不锈钢进行表面处理后进行干燥处理，干燥温度为95-125℃，时间为10-30min。
更进一步地，对所述不锈钢进行注射塑料时模具的温度为115-150℃。
更进一步地，所述塑料是指添加了质量含量为30％-50％的玻璃纤维的结晶型热塑性塑料，所述结晶型热塑性塑料包括聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯中的一种。
本发明还公开了一种复合体材料，是根据前述的复合体材料的制备方法将不锈钢和塑料一体化形成的材料。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的金属处理液中的铁盐、无机酸以及氯化钠或氯化钾相互作用，使得不锈钢表面形成一系列的微米级孔洞，增大不锈钢与塑料之间的接触面积；同时金属处理液中的有机酸剂一方面改善不锈钢和塑料的表面张力，另一方面有机酸剂自身在注塑时可以与塑料发生反应形成化学键，能够有效地增强塑料与不锈钢的结合强度。
通过金属处理液对不锈钢的表面处理以及复合体材料的制备方法操作简便、能耗低，且不需要昂贵的设备；并且经过表面处理后的不锈钢表面基本不发黑，不影响产品的整体外观，同时，经过处理后的不锈钢与塑料的结合效果良好，使得制备的复合体材料的强度良好。
附图说明
图1是本发明优选实施例的复合体材料的制备方法流程图；
图2是表面处理后不锈钢的表面在金相显微镜下的形貌。
具体实施方式
下面结合对照附图并优选的实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，为本发明优选实施例的复合体材料的制备方法流程图，根据该流程图，下面通过具体实例对本发明所公开的金属处理液以及复合体材料及其制备方法进行进一步说明：
实施例一：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为8份的硫酸铁钾、150份的浓盐酸、65份的氯化钾以及135份的对硝基苯磺酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度85℃，处理时间10min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在125-130℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到15.5MPa。
实施例二：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为48份的硫酸铁钾、125份的浓盐酸、60份的氯化钾以及115份的对硝基苯磺酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度75℃，处理时间15min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在125-130℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到16.2MPa。
实施例三：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为90份的硫酸铁钾、140份的浓盐酸、55份的氯化钾以及120份的对硝基苯磺酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度65℃，处理时间20min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在125-130℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到16.7MPa。
实施例四：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为35份的氯化铁、5份的硫酸铁钾、150份的浓盐酸、75份的氯化钾以及120份的顺丁烯二酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度65℃，处理时间20min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在128-135℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到16.3MPa。
实施例五：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为35份的氯化铁、20份的硫酸铁钾、10份的浓盐酸、105份的氯化钾以及120份的顺丁烯二酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为温度85℃，处理时间为10min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在128-135℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到15.1MPa。
实施例六：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为45份的氯化铁、30份的硫酸铁钾、75份的浓盐酸、60份的氯化钾以及120份的顺丁烯二酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度75℃，处理时间15min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在128-135℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到17.4MPa。
实施例七：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为65份的氯化铁、45份浓硫酸、60份的浓盐酸、120份的氯化钠、60份对苯二甲酸以及35份的1,3-丙二酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度65℃，处理时间20min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在125-135℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到15.6MPa。
实施例八：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为75份的氯化铁、60份浓硫酸、20份的浓盐酸、70份的氯化钠、120份对苯二甲酸以及45份的1,3-丙二酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度75℃，处理时间15min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在125-135℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到16.5MPa。
实施例九：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为115份的氯化铁、55份浓硫酸、10份的浓盐酸、15份的氯化钠、65份对苯二甲酸以及30份的1,3-丙二酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度85℃，处理时间10min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在125-135℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到17.1MPa。
实施例十：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为50份的氯化铁、55份浓硫酸、65份的氯化钾、300份对硝基苯甲酸以及50份的酒石酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度70℃，处理时间20min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在130-145℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到15.7MPa。
实施例十一：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为80份的氯化铁、75份浓硫酸、30份的浓盐酸、70份的氯化钾、165份对硝基苯甲酸以及30份的酒石酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度75℃，处理时间15min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在130-145℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到16.5MPa。
实施例十二：
步骤101：配制金属处理液，在每1000份水中，加入质量份数为110份的氯化铁、55份浓硫酸、40份的浓盐酸、15份的氯化钾、50份对硝基苯甲酸以及10份的酒石酸。
步骤102：将不锈钢表面进行除油。
步骤103：将除油后的不锈钢放入配制的金属处理液中进行表面处理，工艺参数为：温度80℃，处理时间10min。经过金属处理液处理后的不锈钢表面形成孔径在0.4-200微米的不规则孔洞，这些孔洞的存在有利于注塑时塑料进入孔洞内与有机酸发生反应形成化学键增强复合体材料结合强度。
步骤104：将经过表面处理后的不锈钢放入鼓风干燥烘箱中进行烘干，温度110℃，时间15min。
步骤105：将经过烘干的不锈钢放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到不锈钢与塑料一体化的复合体材料，所注射的塑料为添加了30％-50％玻璃纤维的结晶型热塑性塑料为主要成分，注塑时模具温度控制在130-145℃之间。
步骤106：对上述方式所得到的复合体材料用电子万能材料试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的抗拉强度达到16MPa。
通过以上实例得出，通过本发明所公开的金属处理液处理后的不锈钢进行注射塑料之后形成的复合体材料的抗拉强度达到15-20Mpa，达到了当前电子产品结构件的结合强度要求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种金属处理液，用于处理与塑料一体化形成复合体材料的不锈钢，其特征在于，每1000份水中配有质量份数为：8-90份的铁盐、10-150份的无机酸、15-120份的氯化钾或氯化钠、50-350份的有机酸剂。
2.如权利要求1所述的金属处理液，其特征在于，所述铁盐是指可溶性的铁盐中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的金属处理液，其特征在于，所述无机酸是指浓盐酸、浓硫酸、氢溴酸、浓磷酸中的一种或几种。
4.如权利要求1至3任一项所述的金属处理液，其特征在于，所述有机酸剂是指顺丁烯二酸、柠檬酸、酒石酸、对硝基苯磺酸、对苯二甲酸、乙二胺四乙酸、1,3-丙二酸、醋酸、苹果酸、三氟乙酸、对硝基苯甲酸、三硝基苯甲酸、水溶性氨基酸、以及前述有机酸的有机衍生物其中的一种或几种。
5.一种复合体材料的制备方法，用于将不锈钢和塑料一体化形成所述复合体材料，其特征在于，包括：将所述不锈钢放入如权利要求1至4任一项所述的金属处理液中进行表面处理，所述不锈钢的表面形成多个孔洞，再对所述不锈钢进行注射塑料，以形成所述复合体材料。
6.如权利要求5所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，所述不锈钢进行表面处理的温度为50-85℃，时间为5-35min。
7.如权利要求5所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，所述不锈钢进行表面处理后进行干燥处理，干燥温度为95-125℃，时间为10-30min。
8.如权利要求5所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，对所述不锈钢进行注射塑料时模具的温度为115-150℃。
9.如权利要求5至8任一项所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，所述塑料是指添加了质量含量为30％-50％的玻璃纤维的结晶型热塑性塑料，所述结晶型热塑性塑料包括聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯中的一种。
10.一种复合体材料，其特征在于，根据权利要求5至9任一项所述的复合体材料的制备方法将不锈钢和塑料一体化形成的材料。
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